基于ESO与线性化反馈的磁悬浮球系统自适应全局积分滑模控制

【目的】本文针对磁悬浮球系统的非线性特性、不确定性以及其易受外部扰动影响的特性,将线性化反馈控制与自适应全局积分滑模控制(AGISMC)相结合,优化系统控制效果、提高控制精度。【方法】首先,通过线性化反馈建立数学模型,使用自适应控制实现对系统参数的实时估计,降低系统的不确定性;其次,引入全局函数以改善系统的瞬态响应,将滑模函数中的符号函数替换为饱和函数以减小系统抖振;再次,在不确定干扰方面,利用扩张状态观测器(ESO)对系统未知干扰信号做出实时估计;最后,基于Matlab/Simulink进行仿真分析,并搭建试验平台进行试验验证。【结果】仿真和试验结果表明:AGISMC-ESO控制器与比例积分微分(PID)控制器在阶梯响应时均没有超调,且本文设计的AGISMC-ESO控制器到达稳态的时间更短;AGISMC-ESO控制器能在扰动出现后更快进行补偿,使系统快速到达稳态;施加正弦信号下,磁悬浮系统的实际运动轨迹与ESO所观测的位移曲线基本吻合。【结论】与PID控制器相比,本文设计的AGISMC-ESO控制器具有更快的响应速度、更高的控制精度、更好的动态跟踪性能和更优的抗干扰性能。

电网电压不平衡下MMC-SST反馈线性化滑模控制策略

将模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)投入到固态变压器(solid state transformer,SST)系统中时通常采用比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制方法,但这种策略存在参数选取繁杂、动态性能较差的缺点。为了提高系统的动态性能并简化参数选取,提出了MMC-SST反馈线性化滑模控制策略。首先建立了MMC-SST整体仿真模型。然后建立了采用反馈线性化滑模控制的MMC-SST控制模型。最后利用MATLAB/Simulink平台将所提的控制方法与常规PID控制策略作了仿真比较,验证了所提反馈线性化滑模控制策略具备参数选择容易、动态性能优良的优势。

一种改进的高铁牵引变流器反馈线性化控制策略

针对车网系统存在的低频振荡现象,提出一种结合虚拟磁链和滑模观测器的反馈线性化虚拟惯量控制策略,在减少传感器数量的同时,提高系统的鲁棒性。首先,该文分析现有积分器的缺点,提出改进的虚拟磁链观测器,在消除直流偏置影响的同时可以进行滤波;然后,阐述所提控制策略的推导过程,包括反馈线性化控制、滑模观测器、虚拟惯量控制以及虚拟磁链观测器的设计;最后,在Simulink和硬件在环仿真平台中建立车网系统仿真模型,将该文所提控制方式与传统dq控制以及基于滑模观测器的反馈线性化虚拟惯量控制方式进行对比。仿真和实验结果表明,所提控制策略具有更好的静态和动态特性,能有效地抑制低频振荡的发生。

导向钻井稳定控制平台的反馈线性化控制

旋转导向钻井的稳定控制平台单纯采用PID控制时,控制性能与工具面角度的给定值有关。在某些角度下,平台会产生振荡旋转现象,无法实现工具面角度的稳定,使导向工具失去导向控制功能。分析表明,导致这种现象的主要原因是系统存在非线性偏心作用力矩,该力矩与工具面角度成正弦函数关系。基于反馈线性化原理,提出了平台系统的输出反馈线性化控制方法,消除了非线性因素的影响,实现了线性的闭环系统。仿真表明该方法可实现平台系统在钻井过程强扰动作用条件下的任意角度位置稳定控制。针对非线性偏心作用力矩不可直接测量问题,提出了一种基于系统运动姿态测量的偏心作用力矩在线估计方法,可有效减小估计误差所导致的控制性能劣化,并给出了一个在线估计的应用实例。水力驱动条件下的控制测试验证了基于偏心作用力矩在线估计的反馈线性化控制方法的有效性。

基于反馈线性化原理的直驱风力发电机组控制系统设计

提出一种基于反馈线性化原理的控制策略来设计直驱型风力发电机组(D-DPMSG)控制系统。为了使系统稳定运行在最大功率区域和快速追踪最大功率特性曲线,建立了系统各部分的动态模型并推导出了该非线性控制策略。在随机风速扰动下,相对于传统的PID控制策略,基于反馈线性化原理设计的非线性控制器使系统的转速响应超调更小,响应速度和恢复速度更快,效果更好。最后,大量仿真证明了该控制策略在追踪最优功率曲线的有效性。

压电定位平台Hammerstein建模与反馈线性化控制

压电定位平台以压电陶瓷、柔性铰链作为驱动及放大机构,具有高定位精度和快响应速度,被广泛应用于各种精密/超精密定位领域。压电定位平台面临的主要挑战是压电陶瓷的固有迟滞非线性特性,这严重影响平台的定位和跟踪精度。针对此问题,提出一种基于Hammerstein结构的迟滞建模方法及基于此模型的输入-输出反馈线性化控制策略。首先,建立Hammerstein结构的迟滞模型,并进行模型参数估计。接着,以基于Hammerstein模型的输入-输出反馈线性化控制策略设计跟踪控制器。最后,在压电定位平台上对建立的模型和设计的跟踪控制器进行实验验证。模型辨识实验结果表明:提出的Hammerstein模型能有效地拟合压电定位平台输入量与输出量之间的迟滞非线性特性,其均方根误差小于0.5μm。轨迹跟踪实验结果表明:设计的跟踪控制器对期望信号(幅值60μm,频率100 Hz)的跟踪均方根误差为0.9266μm,相较于基于改进的速率相关PI(Modified Rate-dependent Prandtl-Ishlinskii,MRPI)模型的前馈补偿跟踪控制、基于MRPI模型的前馈补偿与PID反馈复合跟踪控制,精度分别提高81.22%、46.25%。

基于反馈线性化控制的级联H桥SVG的控制

级联H桥静止无功发生器(SVG)在两相同步旋转dq坐标系下的数学模型是多变量、非线性、强耦合的。通过非线性状态反馈变换使SVG实现状态反馈线性化,SVG降阶为线性系统,从而实现有功和无功分量的解耦。首先判断该系统数学模型是否符合状态空间精确线性化的充要条件,若满足条件则确定输出函数,对SVG系统电流环进行状态空间精确线性化,并对系统进行稳定性分析。为了验证控制策略的稳态和动态性能,搭建MATLAB仿真模型和10 k V实验样机。仿真和实验样机的实验结果表明:采用所提算法,SVG无功补偿精度较高、稳态特性好、动态响应较快。

考虑负载不确定的异步电机反馈线性化的最小损耗控制

研究异步电机负载变动时基于反馈线性化的最小损耗控制的实现问题。首先分析了异步电机的损耗特性,建立了受电机温度时变参数影响小的最小损耗磁链控制模型,揭示了通过转矩的实时估计对磁链进行控制可实现最小损耗控制。应用微分几何精确线性化的理论,建立了考虑负载转矩不确定性的异步电机反馈线性化模型,实现了转速和磁链的线性化解耦控制,电机转矩的实时估计依据参考模型在电动机反馈线性化控制中实现。异步电机的反馈线性化控制既提高了动态时的响应速度,又实现了稳态时的轻载高效率运行。合理选取控制参数,实现转速、磁链以及转矩估计的渐进收敛。仿真实验表明所提控制方法的可行性和有效性。

汽车电控离合器的反馈线性化控制

以汽车机械式自动变速系统(AMT)的离合器结合过程为研究对象,建立起双输入非线性动力传动系统数学模型.进一步应用基于微分几何的反馈线性化方法,将原非线性系统等价为完全可控型线性化模型.对该系统实施PID控制,跟踪理想整车加速度,并作了计算机仿真.仿真及分析结果表明,系统稳定。

基于反馈线性化控制的航空气动伺服系统

提出了一种非线性跟踪控制器的设计方法并应用在某型号航空气动伺服系统中.由于该系统的连接孔和伺服阀组成了一个双约束子系统,因此其气缸内腔压力很难控制.设计了一个改进的反馈线性化控制器用来消除双约束造成的奇点,线性矩阵不等式方法用于确保跟踪误差的稳定性,仿真结果表明该控制器具有良好的动态特性及抗干扰能力.

基于线性化反馈的单级倒立摆滑模控制器设计

倒立摆系统具有高阶次、不稳定、多变量、非线性等特点,是一种研究控制策略的理想实验装置。针对单级倒立摆,设计一种基于线性化反馈的单级倒立摆滑模控制器,采用了线性化反馈控制消除系统的非线性,同时采用基于指数趋近律的滑模控制算法去增强系统的鲁棒性。仿真实验和实物试验表明:所提出的控制器具有一定的有效性和抗扰动性能。

改进的反馈线性化控制器在一类气动系统中的应用

针对一类气动系统提出了一种非线性跟踪控制器的设计方法 ,其中 ,气缸连接孔对系统的约束不可忽略。由于连接孔和伺服阀组成了一个双约束系统 ,因此这类系统的气缸内腔压力很难控制。该文设计了一种改进的反馈线性化控制器用来消除双约束造成的奇点 ,LMI方法用于计算控制器增益 ,以确保跟踪误差的稳定性 ,仿真结果显示该控制器性能良好。

基于自适应模糊控制器和非线性扰动观测器的永磁直线同步电机反馈线性化控制

由于永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统应用于一些高精密场合,因此克服系统存在的负载扰动、参数变化等不确定性影响是提高系统性能的关键.针对不确定性问题,采用一种基于自适应模糊控制器(AFC)和非线性扰动观测器(NDO)的反馈线性化控制方法.首先设计反馈线性化控制器(FLC)实现系统的线性化,便于位置跟踪;其次采用NDO估计并补偿系统的不确定性,提高跟踪精度.但在实际运行过程中观测器增益较难选取,极易产生较大的观测误差,为此,采用AFC方法逼近NDO的观测误差,通过自适应律动态调整模糊规则,改善模糊控制器的学习能力,增强系统的鲁棒性,并用李雅普诺夫定理保证系统闭环稳定性.实验结果表明,与基于DOB和NDO的反馈线性化位置控制相比,该方法能够明显提高系统的跟踪性和鲁棒性.

基于线性化反馈和类四旋翼的六旋翼容错控制

文中针对六旋翼无人机执行机构故障,提出了一种基于线性化反馈控制的容错控制算法。通过外加传感器检测驱动器和电机故障的发生,采用关闭该电机及其对角电机的方法将六旋翼模型化为类四旋翼。针对六旋翼的类四旋翼模型旋转力矩与升力到四个旋翼转速转换无解的情况,设计六旋翼三个轴上旋转力矩的控制关系,从而求解出四个旋翼转速,实现六旋翼飞行器执行机构故障下的稳定可靠飞行,提高六旋翼系统的鲁棒性。仿真结果验证了所提容错控制算法的有效性。

基于反馈线性化控制的柔性互联装置冲击电流抑制方法

柔性互联系统能够改变潮流的自然分布、实现功率融通,连续且快速调控相连馈线的有功和无功功率,支持电网的高可靠运行,在铁路交通、金融、通信等领域得到了广泛的应用。当一侧交流系统因故障停电时,失电侧负荷改由另一侧系统通过柔性互联装置供电,实现重要负荷的连续供电,此时投入感性负载或非线性负载时,会给柔性互联装置带来较大的冲击电流。本文首先分析了投入感性负载时冲击电流产生机理,推导出了冲击电流的表达式;其次,为抑制冲击电流,分析了柔性互联装置单侧换流器的物理系统,并根据物理系统数学模型设计了基于反馈线性化的控制系统;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了双端柔性互联系统的仿真模型,通过与传统控制方法对比,验证本文所述控制方法对冲击电流的抑制效果。

链式STATCOM反馈线性化控制方法的研究

链式静止同步补偿器(STATCOM)是一个强耦合、非线性系统。针对链式STATCOM控制方法的问题,对星形连接方式下的链式STATCOM进行数学建模,并详细推导了反馈线性化控制方法下的反馈线性化控制规律,给出了系统控制框图及其具体的控制器参数设计。将反馈线性化控制方法与传统线性PI控制进行仿真和实验对比,结果表明反馈线性化控制方法具有更快的动态响应速度。针对电容电压平衡问题,采用电压外环和独立均压控制相结合的方法,使得电容电压无论在何种工况下均能保持固定值不变且相互平衡,同时通过仿真和实验验证,表明平衡策略的有效性。

反馈线性化控制器与i_d=0矢量控制器的比较

近年来,交流调速理论和新型控制理论的研究工作随着电力电子、电机制造业技术迅猛发展而不断深入,永磁同步电动机控制系统广泛应用在要求高控制精度和高可靠性的场合。文中基于id=0矢量控制与反馈线性化控制的理论分别设计两种控制器,并对其模型进行仿真比较得到:当系统参数不变时反馈线性化控制器的响应时间快,超调量小,抗扰动能力强,稳态误差小。当系统参数不确定时,一旦负载突变,反馈线性化控制器对参数的依赖性和其变化的敏感性均增强。

基于观测器的伺服系统反馈线性化控制

基于重载且负载大范围变化的伺服系统提出高精度数学模型,建立扩展卡尔曼观测器对速度和模型中参数进行观测,使用基于模型的反馈线性化方法准确地将模型线性化,并使用线性控制方法设计高精度控制器。该策略的应用不但避免了传感器的测量时带来的误差,同时,在参数准确的条件下能够得到更高的控制精度。仿真实验结果表明:运用所设计的基于扩展卡尔曼观测器的反馈线性化控制策略不仅能够准确地对速度状态和参数进行观测,同时系统在跟踪性能方面也取得了较好的结果。

永磁同步电动机的反馈线性化控制

针对交流永磁同步电动机(PMSM)多变量、强耦合、非线性的特点,设计了状态反馈线性化控制器,用于速度环的调节。该方法可将原系统有效的解耦线性化,然后利用线性化方法进行综合。仿真结果证明,该算法可以得到理想的动静态性能。

永磁同步电动机的反馈线性化控制

针对交流永磁同步电动机 (PMSM)多变量、强耦合、非线性的特点 ,设计了状态反馈线性化控制器 ,用于速度环的调节。该方法可将原系统有效的解耦线性化 ,然后利用线性化方法进行综合。仿真结果证明 。